论文部分内容阅读
目前现有的十字路口交通信号灯控制系统大都采用继电器或单片机实现，且都是单一的固有时序控制，存在着功能少，可靠性差，维护量大等缺点。为了弥补原交通信号灯系统存在的种种缺点，本文设计了基于西门子公S7-1200PLC控制的交通信号灯控制系统。
本实验关键是要将交通灯状态变化的时间点标记出来。分析时序图，找出交通灯状态发生变化的每个时间点，并使PLC做出相应的动作改变交通灯的状态。十字路口南北方向和东西方向均设有红灯、黄灯、直行绿灯、左转绿灯四只信号灯，交通灯启动时，8只信号灯依一定的时序循环往复工作。
一、设计控制方法
（1）正常时序（单循环周期80s）。按下启动按钮信号灯系统开始工作，先南北方向先绿灯亮15秒，闪5秒，再黄灯亮3秒，然后左转向绿灯亮10秒，闪4秒，再黄灯亮3秒，最后红灯亮40秒;东西方向红灯亮40秒，然后东西方向绿灯亮15秒闪5秒，再黄灯亮3秒，接下来左转向灯亮10秒闪4秒，再黄灯3秒;在此数码管跟随正常时序倒计时显示，如此循环.
（2）异常状况的控制：异常情况发生时，按下S1紧急控制按钮，L2绿灯亮，东西红灯、南北红灯均亮，禁止车辆通行，25s后红灯L1亮，绿灯L2灭，恢复正常时序控制。数码管进行25s倒计时显示。
（3）如果按下停止按钮灯全灭数码管归0，所有灯都熄灭，在此设计中用红绿黄灯分别表示禁行，通行和等待的信号发生，由数码管显示倒计时间，触摸屏为交通信号灯的后台控制与观察提供了方便，让工作人员能够很好的在办公室控制和观察十字路口的交通情况。本系统以PLC为核心，组成一个处理、自动控制为一身的闭环控制系统。系统硬件电路由状态灯、HMI触摸屏、按钮、驱动电路、按钮、数码管等组成。
二、系统硬件
对控制要求分析，此系统需要个输入点与 18个输出点，其中输出点用于数码管显示8个、交通10个，考虑到数码管占用输出过多，系统只设计了一个方向车道的倒计时，并使用了 8421译码器，结合实际，选择了西门子s7-1200 PLC，建立I/O 分配表。
系统中交通信号灯分为南北直行绿灯、左转绿灯、黄灯、红灯、和东西直行绿灯、左转绿灯、黄灯、红灯、东西人行道红绿灯，交通灯选用 LED 管、电源选用 24 V 直流电源。
三、系统软件
1.编写方法1
此编程方法是通过数字量来进行控制，故采用了 MOVE指令，按下启动按钮之后线圈M4.0 得电，交通灯中一秒一个信号即M4.6开始工作。在1秒一个信号的基础上给它执行加法和减法运算，加法运算是为了很好的用比较指令控制交通信号灯的亮灭，减法是为了数码管的倒计时，用加法指令和减法指令也是在經过多次实验之后为了能够使灯的亮灭与数码管倒计时的显示同步所设计的方法，如下图：
启动按钮按了之后M4.6就会有一秒一个的信号，此时加法指令就会一秒加一个数存储在MW100中，当MW100加到不同的数值段，通过比较指令限制条件就会有相应的灯亮。中途为了防止在递减的过程中出现16进制中的A-F数值，我所采用的方法是赋值法，就是当MW10=F时，用MOVE指令给MW10赋个9，以此类推当出现1F时赋19。最后用MOVE指令把每一秒递减出的结果MW10赋值给QB8输出在数码管上。
（2）编写方法2
编写程序通过数字量来进行控制，故采用了数学指令，按下启动按钮之后 M4.0得电把交通灯运行一个周期时间80s送到定时器 T0N，然后在定时器T0N变化的过程中把每一时刻的时间表示出来，最后把定时器输出的时间通过比较指令按交通信号灯设计要求分成几段，按设计要求连接对应的灯在比较指令满足的条件下让灯亮。
当不同的灯亮时，用MOVE指令给MD40赋不同的值，如当东西方向红灯亮时给MD40赋40，当东西方向直行绿灯亮时给MD40赋20，以此类推。倒计时采用另外一个定时器TON，将定时器的当前值命名为MD10，再用除法将当前值MD10除以1000得到MD50，然后用减法指令将MD40减MD50得到MD15，从而达到倒计时，如图
用求商左移的方法得到数码管的十位，即用除法指令将MD15除以10得到MD20（十位）再用左移指令将MD20左移4位得到MD30，用左移的原因是十位与个位各用一个8421码数码管显示，所以十位数给它左移4位。如图
再用求余的方法得到数码管的个位，即用取余指令将减法所得的结果MD15除10取余得到MD25（为数码管个位），如图
最后用加法将个位所得的结果MD25与十位所得的结果MD30相加储存在MD35，再用MOVE指令将相加的结果赋给QB8输出在数码管上。
5 结语
本文基于西门子S7-1200 PLC 和博途V14软件设计了一种多功能交通灯控制系统，结构简单、经济实用，易维护、调试方便。采用博途V14软件动态仿真PLC控制十字路口交通灯，运用该软件实现信号灯系统的控制，采用动态仿真十字路口交通灯的运行情况，检验了该控制系统的正确性，实现了对PLC控制交通灯的动态仿真。该系统作为城市十字路口交通信号的控制系统，为实现城市“智能交通系统”提供了有利的支撑，具有一定的实践价值。
参考文献：
（1）肖丽仙：顺序控制设计法在PLC编程中的应用，自动化技术与应用;
（2）孙平主编.可编程序控制器原理及应用，北京：高等教育出版社，2003;
（3）胡满红主编. 电气控制与PLC .郑州：大象出版社，2008;
（4）刘敏主编.可编程序控制器技术.北京：机械工业出版社，2001;
（5）王成福主编.可编程序控制器原理及应用.北京：机械工业出版社，2006;
（6）王玉中主编.电气控制及PLC应用技术.河南：河南科学技术出版社，2006;
（7）林明星主编.电气控制及可编程序控制器[M ].北京：机械工业出版社，2004;
本实验关键是要将交通灯状态变化的时间点标记出来。分析时序图，找出交通灯状态发生变化的每个时间点，并使PLC做出相应的动作改变交通灯的状态。十字路口南北方向和东西方向均设有红灯、黄灯、直行绿灯、左转绿灯四只信号灯，交通灯启动时，8只信号灯依一定的时序循环往复工作。
一、设计控制方法
（1）正常时序（单循环周期80s）。按下启动按钮信号灯系统开始工作，先南北方向先绿灯亮15秒，闪5秒，再黄灯亮3秒，然后左转向绿灯亮10秒，闪4秒，再黄灯亮3秒，最后红灯亮40秒;东西方向红灯亮40秒，然后东西方向绿灯亮15秒闪5秒，再黄灯亮3秒，接下来左转向灯亮10秒闪4秒，再黄灯3秒;在此数码管跟随正常时序倒计时显示，如此循环.
（2）异常状况的控制：异常情况发生时，按下S1紧急控制按钮，L2绿灯亮，东西红灯、南北红灯均亮，禁止车辆通行，25s后红灯L1亮，绿灯L2灭，恢复正常时序控制。数码管进行25s倒计时显示。
（3）如果按下停止按钮灯全灭数码管归0，所有灯都熄灭，在此设计中用红绿黄灯分别表示禁行，通行和等待的信号发生，由数码管显示倒计时间，触摸屏为交通信号灯的后台控制与观察提供了方便，让工作人员能够很好的在办公室控制和观察十字路口的交通情况。本系统以PLC为核心，组成一个处理、自动控制为一身的闭环控制系统。系统硬件电路由状态灯、HMI触摸屏、按钮、驱动电路、按钮、数码管等组成。
二、系统硬件
对控制要求分析，此系统需要个输入点与 18个输出点，其中输出点用于数码管显示8个、交通10个，考虑到数码管占用输出过多，系统只设计了一个方向车道的倒计时，并使用了 8421译码器，结合实际，选择了西门子s7-1200 PLC，建立I/O 分配表。
系统中交通信号灯分为南北直行绿灯、左转绿灯、黄灯、红灯、和东西直行绿灯、左转绿灯、黄灯、红灯、东西人行道红绿灯，交通灯选用 LED 管、电源选用 24 V 直流电源。
三、系统软件
1.编写方法1
此编程方法是通过数字量来进行控制，故采用了 MOVE指令，按下启动按钮之后线圈M4.0 得电，交通灯中一秒一个信号即M4.6开始工作。在1秒一个信号的基础上给它执行加法和减法运算，加法运算是为了很好的用比较指令控制交通信号灯的亮灭，减法是为了数码管的倒计时，用加法指令和减法指令也是在經过多次实验之后为了能够使灯的亮灭与数码管倒计时的显示同步所设计的方法，如下图：
启动按钮按了之后M4.6就会有一秒一个的信号，此时加法指令就会一秒加一个数存储在MW100中，当MW100加到不同的数值段，通过比较指令限制条件就会有相应的灯亮。中途为了防止在递减的过程中出现16进制中的A-F数值，我所采用的方法是赋值法，就是当MW10=F时，用MOVE指令给MW10赋个9，以此类推当出现1F时赋19。最后用MOVE指令把每一秒递减出的结果MW10赋值给QB8输出在数码管上。
（2）编写方法2
编写程序通过数字量来进行控制，故采用了数学指令，按下启动按钮之后 M4.0得电把交通灯运行一个周期时间80s送到定时器 T0N，然后在定时器T0N变化的过程中把每一时刻的时间表示出来，最后把定时器输出的时间通过比较指令按交通信号灯设计要求分成几段，按设计要求连接对应的灯在比较指令满足的条件下让灯亮。
当不同的灯亮时，用MOVE指令给MD40赋不同的值，如当东西方向红灯亮时给MD40赋40，当东西方向直行绿灯亮时给MD40赋20，以此类推。倒计时采用另外一个定时器TON，将定时器的当前值命名为MD10，再用除法将当前值MD10除以1000得到MD50，然后用减法指令将MD40减MD50得到MD15，从而达到倒计时，如图
用求商左移的方法得到数码管的十位，即用除法指令将MD15除以10得到MD20（十位）再用左移指令将MD20左移4位得到MD30，用左移的原因是十位与个位各用一个8421码数码管显示，所以十位数给它左移4位。如图
再用求余的方法得到数码管的个位，即用取余指令将减法所得的结果MD15除10取余得到MD25（为数码管个位），如图
最后用加法将个位所得的结果MD25与十位所得的结果MD30相加储存在MD35，再用MOVE指令将相加的结果赋给QB8输出在数码管上。
5 结语
本文基于西门子S7-1200 PLC 和博途V14软件设计了一种多功能交通灯控制系统，结构简单、经济实用，易维护、调试方便。采用博途V14软件动态仿真PLC控制十字路口交通灯，运用该软件实现信号灯系统的控制，采用动态仿真十字路口交通灯的运行情况，检验了该控制系统的正确性，实现了对PLC控制交通灯的动态仿真。该系统作为城市十字路口交通信号的控制系统，为实现城市“智能交通系统”提供了有利的支撑，具有一定的实践价值。
参考文献：
（1）肖丽仙：顺序控制设计法在PLC编程中的应用，自动化技术与应用;
（2）孙平主编.可编程序控制器原理及应用，北京：高等教育出版社，2003;
（3）胡满红主编. 电气控制与PLC .郑州：大象出版社，2008;
（4）刘敏主编.可编程序控制器技术.北京：机械工业出版社，2001;
（5）王成福主编.可编程序控制器原理及应用.北京：机械工业出版社，2006;
（6）王玉中主编.电气控制及PLC应用技术.河南：河南科学技术出版社，2006;
（7）林明星主编.电气控制及可编程序控制器[M ].北京：机械工业出版社，2004;